[发明专利]燃气涡轮发动机的径向主动空隙控制

说明书

技术领域

本发明大体上涉及一种燃气涡轮发动机及用于将压缩空气可变地引导到燃气涡轮发动机导叶载体上的结构。

背景技术

期望控制燃气涡轮发动机的叶片末端空隙，以便形成高涡轮效率。涡轮效率在涡轮叶片末端与周围的静止结构之间的空隙或间隙被最小化时改善。在瞬变操作期间，叶片末端以不同于静止结构的速率响应于热工作气体的温度。响应的差异导致瞬变操作收缩，使得瞬变时间点处的空隙比稳态操作下的空隙更紧。此外，在瞬变状态期间，如停机期间，发动机外壳可热扭曲，这导致局部收缩。尽管外壳在稳态下较少扭曲，但在确定适当的叶片末端空隙时必须考虑瞬变扭曲效果。由于大部分燃气涡轮发动机运行时间发生在稳态操作期间，故允许对于瞬变扭曲效果的空隙导致稳态下的性能损失。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种燃气涡轮发动机，包括：发动机外壳；用于生成压缩空气的压缩机；涡轮；以及流体供应结构。涡轮可包括：至少一个上游导叶排；在至少一个上游导叶排的下游的至少一个下游导叶排；包绕至少一排导叶的导叶载体结构；以及至少部分地包绕导叶载体结构、能够使压缩空气冲击导叶载体结构的冲击腔室结构。流体供应结构可包括：第一流体通路结构，其限定用于压缩空气行进至冲击腔室结构的第一通路；第二流体通路结构，其限定用于压缩空气朝所述至少一个下游导叶排行进的第二通路；以及有选择地控制流体流至第一流体通路结构和第二流体通路结构的流体控制结构。

流体控制结构可允许压缩空气在燃气涡轮发动机的稳态操作期间流过第一流体通路结构，且允许压缩空气在燃气涡轮发动机的瞬变操作期间流过第二流体通路结构。

发动机外壳和导叶载体结构可限定腔室结构所处的内室。穿过第一流体通路结构和第二流体通路结构的压缩空气流入腔室结构中，从腔室结构穿过以便冲击导叶载体结构，且行进通过导叶载体结构中的开孔至所述至少一个下游导叶排。

燃气涡轮发动机还包括：至少一个下游叶片排，以及包绕所述至少一个下游叶片排的至少一个下游环形节段结构。所述至少一个下游环形节段结构和导叶载体结构限定至少一个下游内腔。所述至少一个下游内腔可接收来自内腔的压缩空气。

根据第一实施例，流体控制结构可包括控制流体流至第一流体通路结构和第二流体通路结构的阀。

腔室结构可包括：至少一个冲击歧管；以及联接到冲击歧管上且与冲击歧管连通的多个冲击管。冲击管可沿轴向与彼此间隔开。

各个冲击管可尺寸确定成使得由冲击管提供的压缩空气越少，冲击管就定位在更下游。

根据本发明的第二实施例，流体控制结构可包括控制流体流通过第一流体通路结构的第一阀，以及控制流体流通过第二流体通路结构的第二阀。

根据本发明的第二方面，提供了一种燃气涡轮发动机，包括：发动机外壳；用于生成压缩空气的压缩机；涡轮；以及流体供应结构。涡轮可包括：至少一个上游导叶排和至少一个下游导叶排；包绕至少一排导叶的导叶载体结构；以及至少部分地包绕导叶载体结构而能够使压缩空气冲击导叶载体结构的腔室结构。流体供应结构可包括：第一流体通路结构，其限定用于压缩空气行进至腔室结构的第一通路；第二流体通路结构，其限定用于压缩空气朝所述至少一个下游导叶排行进的第二通路；以及能够允许压缩空气流过第一流体通路结构和第二流体通路结构中的一者的流体控制结构。流体控制结构可允许压缩空气在燃气涡轮发动机的稳态操作期间流过第一流体通路结构，且可允许压缩空气在燃气涡轮发动机的瞬变操作期间流过第二流体通路结构。

发动机外壳和导叶载体结构可限定腔室结构所处的内室。穿过第一流体通路结构的压缩空气流入腔室结构中，且从腔室结构穿到内室中。

燃气涡轮发动机还可包括：至少一个下游叶片排，以及包绕所述至少一个下游叶片排的至少一个下游环形节段结构。所述至少一个下游环形节段结构和导叶载体结构可限定至少一个下游内腔。所述至少一个下游内腔可接收来自内腔的压缩空气。

根据本发明的第一实施例，流体控制结构可包括控制流体流至第一流体通路结构和第二流体通路结构的阀。

冲击腔室可包括：至少一个冲击歧管；以及联接到冲击歧管且与冲击歧管连通的多个冲击管。冲击管可沿轴向与彼此间隔开。

各个冲击管可尺寸确定成使得由冲击管提供的压缩空气越少，冲击管就定位在更下游。

导叶载体结构可包括至少一个沿径向向外延伸的轨道，且其中冲击管中的至少一个可引导空气，使得其冲击所述至少一个轨道。